Supraconduction
à température hivernale?

Contexte

 Les besoins énergétiques des populations humaines suivent peu ou prou la courbe démographique (voir la page population et économie sur ce site) ; ils vont donc crescendo. Ce fait invite à gérer les énergies, fossiles ou non, avec parcimonie de manière à éviter les pénuries et les méfaits des pollutions que leurs usages engendrent. Car la mise en œuvre de transports interplanétaire, par exemple pour ramener du méthane liquide vers notre vieille Terre, fait encore partie des scénarios de science-fiction qui ne sont pas près de voir le jour. Il faudrait d’abord avoir résolu le problème de la construction de gigantesques vaisseaux spatiaux et celui de leur propulsion à des vitesses qui ne les fassent pas ressembler aux escargots de nos campagnes. La découverte, sur Terre, de moyens modernes de stockage de l’énergie électrique déjà produite apparaît donc être une réponse raisonnable aux défis auxquels homo sapiens se doit de faire face urgemment et un objectif raisonnable. Les recherches menées depuis un siècle sur la supraconduction (découverte en 1908 par H. K. Onnes avec la liquéfaction de l’hélium) s’inscrivent totalement dans ce contexte et la quête de matériaux exhibant cette propriété étrange aux températures habituelles trouve là toute sa justification. En effet, imaginer que nous sachions construire des anneaux supraconducteurs stockant le courant électrique pendant de longues heures. Nous disposerions d’une sorte de capacité géante permettant de lisser l’approvisionnement de l’énergie vers les points de consommation. Si nous pouvions en plus étendre la durée de stockage à plusieurs années, cette énergie deviendrait une denrée comme les autres. Elle cesserait de nous filer entre les doigts au fur et à mesure que nous la produisons.

Progrès récents 

Les recherches autour de l’hydrogène, en particulier liquide, encore plus spécifiquement solide, et encore plus précisément enrichi d’impuretés soigneusement choisies, occupent fortement quelques équipes de chercheurs. Une collaboration franco-américaine [01] indique avoir réussi la fabrication de l’état solide grâce à l’usage de forte pressions. Deux équipes indépendantes, l’une située aux Etats-Unis et l’autre en Allemagne, ont annoncé avoir fabriqué un composé solide supraconducteur à température « ambiante » [02 ; p. 6].

L’information doit être prise avec la précaution scientifique nécessaire. Si l’article auquel l’annonce [02] fait référence existe bien (sur arXiv.org, au demeurant en pleine réorganisation), il n’a pas encore été validé par ses pairs. La partie abstraite repose sur une théorie introduisant des fonctions de Wannier et privilégiant les interactions « phonons-électrons » pour expliquer les phénomènes de supraconduction.

Cette théorie est loin d’être la seule à prétendre pouvoir expliquer ces phénomènes. Le premier nuage planant au-dessus de la tête des équipes impliquées dans ce type de recherche tient au fait que la littérature scientifique sur la thématique concernée révèle rapidement que l’ossature théorique devant servir de support aux expériences n’offre pas un visage dégagé et homogène. Sur quelle théorie faut-il s’appuyer réellement ? C’est une préoccupation récurrente au sein de la recherche.

La supraconduction a une longue histoire derrière elle. Entre les équations des London, la théorie BCS, la proposition GLAG, les extensions des travaux de Gorkov, les propositions de Garaud et Volkov basée sur la théorie de Weinberg-Salam : quel outil choisir ? Et si les électrons supraconducteurs étaient des électrons relativistes, ne faudrait-il pas tout simplement pouvoir les décrire avec la loi de Lorentz-Einstein ? (ma proposition ISBN 143-1 sur la page « champs électro-magnétiques »).

Un autre souci, plus pragmatique celui-là, plane sur ces avancées prometteuses. Il est technologique et tient au fait que la synthèse des matériaux ad hoc exige de réaliser de très fortes pressions (entre 1,5 et 2 millions de fois la pression terrestre). Ainsi, ce qui a apparemment été gagné en degré Celsius a un contre-coût énergétique et financier : l’instrumentation générant les très fortes pressions ; même si certaines unités de recherche maitrisent de mieux en mieux cette technique empruntée à l’industrie du diamant artificiel.

Bibliographie indicative

[01] Bombarder l’hydrogène le rend métallique ; 27 août 2018, https://mobile.lemonde.fr

[02] Superconductivity record challenged; Science News, October 13,2018.

© Thierry PERIAT, 28 octobre 2018.